Механизм перепуска электродов

По мере сгорания электродов возникает необходимость их перепуска, т.е. смещения электродов вниз относительно контактных щек. Применяемый на современных печах механизм перепуска электродов состоит из двух зажимных колец и трех или четырех гидроцилиндров. Нижнее зажимное кольцо закреплено на траверсе, присоединенной к верху несущего цилиндра, а верхнее кольцо опирается на штоки гидроцилиндров, закрепленных на нижнем кольце. Каждое зажимное кольцо содержит по шесть одинаковых пружинно-гидравлических зажимов. Электроды зажимаются пружинами, которые упираясь одним концом в корпус гидроцилиндров, жестко закрепленных на зажимном кольце, другим концом через бугели оказывают давление на обрезиненные, шарнирно подвешенные к кольцу щеки.

Перепускают электрод следующим образом. В исходном положении пружины зажимают электрод. Верхнее зажимное кольцо находится в нижнем положении. При включении магнита двухпозиционного золотника масло из напорной линии подается по трубопроводам через гибкие шланги под плунжеры гидроцилиндров. Плунжеры, выдвигаясь из гидроцилиндров, с помощью тяг отводят бугели от щек, высвобождая электрод. При этом пружины сжимаются.

Далее поднимают верхнее кольцо. При срабатывании трехпозиционного золотника масло подается в поршневые полости гидроцилиндров, поршни выдвигаются, поднимая кольцо, а из штоковых полостей гидроцилиндров масло вытесняется на слив через золотник и подпорный клапан. Затем зажимают электрод в кольце. Обесточивая управляющий соленоид золотника, его возвращают в исходное положение и тем самым сообщают полости гидроцилиндров со сливом, при этом пружины зажимают электрод.

Далее разжимают зажимы нижнего кольца и электрододержателя. Для этого включением двухпозиционного золотника, аналогично золотнику, сжимают пружины нижнего кольца, освобождая электрод, и снимают давление в сильфонах электрододержателя. После этого опускают верхнее кольцо с электродом. Для этого реверсивный золотник включается в направлении, противоположном предыдущему. Рабочая жидкость поступает в штоковые полости гидроцилиндров, благодаря чему верхнее зажимное кольцо с электродом опускается вниз на величину хода гидроцилиндра. Из поршневой полости цилиндров рабочая жидкость через золотник и подпорный клапан сливается в бак. В заключении перепуска зажимают электрод в нижнем кольце в электрододержателе. Для этого цилиндры нижнего зажимного кольца через золотник сообщают со сливом, и пружины вновь зажимают электрод, а в сильфоны подают масло под давлением, вследствие чего сильфоны зажимают электрод в электрододержателе. 

Управляют перепуском электродов дистанционно с пульта управления печи. Положение верхнего кольца механизма перепуска контролируют по сигнальным лампам. Перепуск при нормальном ходе печи осуществляют 2-3 раза в сутки и продолжается несколько минут.

Механизм перемещения электродов

Механизм перемещения электродов состоит из приваренной к несущему цилиндру рамы из швеллеров, вертикальных стоек и обоймы с блоками. Через блоки пропускают стальные канаты и наматывают на барабан привода перемещения несущего цилиндра.

Обоймы и металлические стойки изолированы. Каждый электрод снабжен индивидуальным приводом, состоящим из электродвигателя, червячного редуктора, цилиндрических шестеренных пар и двух барабанов. Конец троса, сходящий с барабана, соединяют с противовесом и тем самым уменьшают мощность двигателя. Скорость подъема электродов примерно равна 0,9-0,6 м/мин, скорость спуска меньше скорости подъема на 20-25%.

В настоящее время механические механизмы подъема электродов заменяют гидравлическими. Они состоят из плунжеров, осуществляющих перемещение электродов при подаче в них масла от маслонапорных установок. Плунжеры опираются на стаканы, укрепленные на раме уплотнения, и связаны между собой траверсой, обеспечивающей крепление несущего цилиндра и устройства для перепуска электродов. Механизм перемещения электродов оснащают ограничителями подъема и спуска.

Электрооборудование рудно-термической печи

Производство титанистого шлака в рудно-термической печи относится к числу энергоемких. Оно связано с большей затратой энергии, чем, к примеру, выплавка электростали. Так, для получения 1 т стали в дуговых печах расходуется 450-650 кВт·ч энергии, а при выплавке 1 т ферротитана - 2500 кВт·ч[2].  

Для каждой рудно-термической печи и любого технологического процесса существует оптимальный электрический режим, определяемый соотношением между электрическими характеристиками печи – мощностью, силой тока и напряжением. Этот режим обеспечивает наиболее высокую производительность плавильного агрегата при минимальном расходе электроэнергии на 1 т выплавляемого металла. В отличие от непрерывно работающих печей, процессы, связанные с проплавлением шихты,       характеризуются различием энергетических нагрузок в отдельные         периоды плавки и нестабильным электрическим режимом.

При работе печи практически вся мощность выделяется в дугах и при прохождении тока через шлак и металл в виде полезного тепла, необходимого для соответствующего нагрева расплавов и обеспечения нормального протекания реакции.        

Рисунок 4.Электрическая схема рудно- термической печи

1-высоковольтный разъединитель; 2-измерительные трансформаторы; 3-масляный выключатель; 4-печной трансформатор; 5-короткая сеть;6-электроды; 7-ванна печи.

Трансформатор

Трансформаторы относятся к основным агрегатам дуговых печей и предназначены для снижения напряжения питающего тока с десятков тысяч вольт до 90-370 В, т.е. до уровня, необходимого для обеспечения нормальной работы печей. Трансформатор состоит из нескольких обмоток, расположенных вокруг сердечника, изготовленного из трансформаторной стали. Отношение напряжений на обмотках трансформатора пропорционально отношению числа витков в обмотках[14].  

Отношение входного напряжения к вторичному напряжению трансформатора при холостом ходе пропорционально отношению числа витков первичной обмотки к числу витков вторичной обмотки. Силы токов в этих обмотках находятся в обратном отношении.

Трансформаторы имеют высокий к.п.д. (96-98%), т.е. их мощность на входе почти равна мощности на выходе. С увеличением в определенных пределах мощности трансформатора снижается удельный расход электроэнергии и улучшаются технико-экономические показатели производства. Так, при переходе с ферросплавной печи мощностью 16,5 МВ·А на печь мощностью 33 МВ·А снижаются удельные капиталовложения на 8-10% и уменьшаются эксплутационные расходы на 7-8%. Производительность труда возрастает на ~60%.

Для производства титанистого шлака целесообразным будет выбрать трансформатор мощностью 33 МВ·А.Это обеспечит требуемую произво-дительность печей. Трансформатор для выплавки титанистого шлака применяем трехфазный. Вторичное напряжение колеблется в пределах 250-130 В. Максимальная сила тока на электроде 87 кА. Переключение ступеней напряжения осуществляют при отключенной печи и под нагрузкой в зависимости от конструкции переключателя, управляемого дистанционно с пульта управления печи. Обмотки и сердечники трансформатора охлаждаются циркуляцией масла через водоохлаждаемые устройства.Относительно спокойный режим работы печи не требует применения дросселя. Для поддержания установленной силы тока служат автоматические регуляторы, воздействующие на двигатели лебедок перемещения электродов. По сравнению с дуговыми сталеплавильными печами, рудно-термические печи имеют более ровный график нагрузки, т.е. для них можно использовать регуляторы перемещения электродов упрощенной конструкции (релейно-контакторные). На печи устанавливают реле выдержки времени, что сокращает число случаев нерационального перемещения электродов, например, из-за попадания под электроды высокоэлектропроводного кокса или по другим причинам[14].  

Печной трансформатор снабжен релейной защитой от перегрузок и коротких замыканий, возможных в процессе эксплуатации. Измерительные приборы и аппаратуру для наблюдения и управления работой печи располагают в специальном пультовом помещении. Печной трансформатор с «высокой стороны» присоединяют к питающей сети через масляный выключатель и разъединители, устанавливаемые на печной подстанции, и с «низкой стороны» - к короткой сети печи.

Короткая сеть

Короткой сетью рудно-термической печи называют участок токопровода от трансформатора до уровня шихты. Этот токопровод является важной частью конструкции печи и включает проводники тока от вторичной обмотки трансформатора к контактным щекам электродержателя и электроду[16].  

Для мощной печи потери электроэнергии в короткой сети составляют ~35% от общих потерь или 7-15% подводимой мощности. Часть этих потерь (3-10%) относится к потерям в шинах, трубах и щеках, а часть (4-12%) – в электродах. Короткая сеть пропускает электрический ток в десятки тысяч ампер, что вызывает появление вокруг проводников высоких магнитных полей и усиление всех явлений, приводящих к увеличению активного сопротивления короткой сети, а именно: поверхностного эффекта и эффекта близости, неравномерной нагрузки фаз по силе тока и мощности.

Для уменьшения вредного влияния этих эффектов короткую сеть не выполняют из массивных шин, а используем плоские медные шины с большим отношением ширины к толщине, с расположением их на минимальном расстоянии одна от другой и выполнением условия противоположного направления в них тока. Указанное расположение шин называют шихтованием. Допустимую толщину шин определяют по степени развития поверхностного эффекта. При переменном токе с частотой 50 Гц толщина шины из красной меди не превышает 13 мм, а из алюминия – 17 мм.

Поверхностный эффект в электродах незначителен, так как удельное сопротивление их примерно в 3000 раз больше удельного сопротивления меди и магнитная проницаемость мала. Поэтому при определении сечения электродов поверхностный эффект на них не учитывают. Чтобы максимально снизить активное сопротивление и потери в контактах, токоведущие шины мощных печей сваривают. Исходя из значения общего активного сопротивления короткой сети, определяют величину потерь мощности печи:

Р_ПОТ = 3 ∙ I²∙ R_к.с. = 3 ∙ 105973,03² ∙ 1,2 ∙ 10^-4 = 3,6 ∙ 112,3 ∙10⁸ ∙ 10^-4 = 4042800[В∙А] = 4042,8 кВ∙А                                                                           (2.12)

Величину потерь короткой сети Р_{ПОТ.К.С.} определяют по разности между потребляемой из сети мощностью, измеренной на первичной стороне, и полезной мощностью, измеренной на электродах на уровне шихты. Активное сопротивление фазы кототкой сети составит[16]:

            (2.14)

Снижения активного сопротивления и активных потерь в токоподводе короткой сети достигают интенсивным охлаждением отдельных элементов и участков, расположением токоподвода в стороне от прямого воздействия тепла, выделяемого колошником.

Экономичная плотность тока для медных шин составляет 1,5 – 2,0, а для алюминиевых – 0,8 А/мм². В гибких кабелях допустима плотность тока 1,0-1,7 А/мм². Кабели или ленты короткой сети закрепляют неподвижно в башмаках шинного пакета со стороны трансформатора и в подвижных башмаках каждой фазы со сторон печи, откуда идет токоподвод к щекам электродержателя. Для повышения долговечности и снижения активного сопротивления подвижные контактные башмаки фаз над колошником эффективно охлаждают. Рекомендуемая плотность тока в контактных башмаках должна составлять 0,1-0,2 А/мм² поверхности контакта. Токоподвод от подвижного башмака к щекам электродержателя выполняют из водоохлаждаемых труб размерами 50/30, 60/40, 80/50 с толщиной стенки 10-15 мм[1].   

Плотность тока в медных водоохлаждаемых трубах принимают равной 4-7 А/мм². Одной из важных характеристик ферросплавных печей является реактивное сопротивление короткой сети, зависящее от сопротивления самоиндукции и взаимоиндукции отдельных участков токоподвода печи. Высокое реактивное сопротивление короткой сети уменьшает общую активную мощность и производительность. Реактивное сопротивление фазы короткой определяют по замерам потребляемой печью активной мощности, силы тока в электродах всех фаз и средней величины силы тока и напряжения питающей сети. Реактивное сопротивление для рудно-термической печи РКЗ-33 будет в пределах (1–2)∙10^-4Ом.

При питании трехфазной рудно-термической печи от одного трансформатора наблюдается несимметричность токоподвода и различные значения активных и реактивных сопротивлений в крайних и средней фазах, что приводит к переносу мощности с одного крайнего электрода на другой. Это является результатом взаимоиндукции двух соседних фаз с третьей и сопровождается увеличением суммарного активного падения напряжения в токоподводе этой крайней фазы и снижением суммарного активного падения напряжения в токоподводе другой крайней фазы.

Понижение мощности одной из фаз печи приводит соответственно к уменьшению скорости проплавления шихты у электрода этой фазы и как результат – вид колошника «мертвый». Чрезмерное повышение мощности другой крайней фазы сопровождается быстрым проплавлением шихты и высоким нагревом колошника у ее электрода («дикая» фаза). Перенос мощности на цеховом языке – это явления «мертвой» и «дикой» фаз. Неравномерное распределение мощности по фазам сопровождается дополнительными потерями тепла, увеличением удельного расхода электроэнергии, снижением производительности плавильного агрегата[1].  

Меры для обеспечения минимального реактивного сопротивления короткой сети и уменьшения «мертвой» и «дикой» фаз:сокращение длины короткой сети;обеспечение максимальной бифилярности короткой сети путем укладки шин и других элементов, обтекаемых токами противоположных направлений, на возможно близком расстоянии одна от другой;расположение фаз короткой сети максимально симметрично;применение прямоугольных (полых с целью охлаждения водой) шин с максимальным отношением высоты к толщине.

Электрод

Электроды предназначены для подвода электроэнергии в рабочее пространство печи. Для обеспечения нормальной работы они должны обладать достаточной механической прочностью и электропроводностью, иметь высокую термическую стойкость и хорошо противостоять окислению воздухом при высоких температурах. Этим требованиям отвечают электроды, изготовленные из углеродистых материалов.

Самоспекающийся электрод имеет кожух из стального листа с вертикальными ребрами. В кожух сверху засыпают электродную массу; при опускании электрода она нагревается и под щеками спекается, имея далее свойства угольного электрода.

Самоспекающиеся электроды дешевле графитизированных и угольных. Кожух электрода изготавливают сваркой отдельных секций длиной 1,2-1,8 м из листового железа толщиной 0,6-3,0 мм с вырезом для загибания части листа внутрь в виде ребер. Являясь своеобразной пресс-формой для электродной массы, кожух предохраняет электрод от окисления, улучшает прохождение тока от контактных щек электрододержателя к обожженной части электрода и способствует лучшей передаче тепла необожженной части электродной массы. Внутренние ребра кожуха увеличивают поверхность соприкосновения железа с электродной массой, повышают электропроводность и механическую прочность электрода.Нормальную работу самоспекающихся электродов обеспечивают:рациональным подбором составляющих электродной массы;правильным соотношением основных и связующих веществ;установлением оптимальной скорости опускания электрода;удельным расходом электродов.

Чем больше удельный расход электродов, тем меньше время пребывания электродной массы в зоне спекания. При значительном сокращении этого времени не успевает произойти спекание электрода до нормального состояния. Меньшему удельному расходу электродов соответствует большее время пребывания электродной массы в зоне спекания. При чрезмерном увеличении этого времени электрод будет подходить к контактным щекам уже полностью спекшимся, что может отрицательно повлиять на стойкость щек электрододержателей.